鈣鈦礦太陽能，或可超越硅極限

文｜陳根

隨著全球工業(yè)化進程的加快，世界能源短缺已經(jīng)成為每個國家不容忽視的問題，其嚴重制約了社會的長期穩(wěn)定發(fā)展，研究和開發(fā)新能源刻不容緩。在各種新能源中，太陽能發(fā)電技術(shù)一直革新著能源的構(gòu)成。

硅基太陽能電池是目前市場上主流的太陽能發(fā)電設(shè)備，其通常以硅基太陽能電池板為中間媒介，將太陽光能轉(zhuǎn)換為電能，進而推動整個負載的工作。其中效率最高的單結(jié)電池是聚光單晶硅太陽能電池，可達27．6％，但它的壽命，一般認為極限只有20年，未來，該類太陽能或?qū)o法滿足光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需要。

鈣鈦礦是一種具有特殊晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體，非常適合用于太陽能電池技術(shù)。它們可在室溫下制造，使用的能源比硅少得多，因此生產(chǎn)成本更低，更可持續(xù)。隨著技術(shù)進步，其轉(zhuǎn)化效率還在不斷提升，鈣鈦礦材料由此受到市場廣泛的關(guān)注。

近日，美國普林斯頓大學的研究人員開發(fā)出了第一個具有商業(yè)可行性的鈣鈦礦太陽能電池，該設(shè)備可在超過行業(yè)標準的情況下運行大約30年，遠遠超過硅基太陽能電池20年壽命的門檻。

早期的鈣鈦礦型太陽能電池（PSC）在2009—2012年間問世，那時只能持續(xù)幾分鐘。2017年的一項重要突破使其在室溫連續(xù)照明下工作了一年，而新設(shè)備能在類似實驗室條件下運行5年，這一紀錄突顯了PSC的耐用潛力。

該研究中，科學家們對不同材料進行了分層，以優(yōu)化光吸收，同時保護最脆弱的區(qū)域不受照射。他們在兩個關(guān)鍵成分之間開發(fā)了一層超薄的“二維覆蓋層”吸收鈣鈦礦層和由銅鹽及其他物質(zhì)制成的荷電層。目標是防止鈣鈦礦半導(dǎo)體在幾周或幾個月內(nèi)燒毀。

經(jīng)過數(shù)十次排列、改變幾何結(jié)構(gòu)中的微小細節(jié)及覆蓋層數(shù)，并嘗試了數(shù)十種材料組合，科學家們成功制備了新型鈣鈦礦太陽能。試驗結(jié)果顯示，新設(shè)備在平均溫度約為35℃且連續(xù)照明至少5年的情況下，可發(fā)揮出80％以上的峰值效率。

此外，該鈣鈦礦太陽能電池與傳統(tǒng)“硅型”太陽能電池比，成本、重量大大降低，便于安裝在建筑物和純電動汽車上，兼具成本與推廣優(yōu)勢。隨著新型太陽能電池技術(shù)的推動，希望能將該設(shè)備擴展到現(xiàn)代生活中的更多領(lǐng)域。

原文標題:陳根鈣鈦礦太陽能，或可超越硅極限